《Nano-Micro Letters》：Unveiling Photo-Thermal-Electrical Performance in Robust, Self-Healing, and Anti-Freezing Cellulose-MXene Eutectogels for Advanced Hemostasis
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由创伤或手术引起的失控性出血是医疗护理中的关键挑战。本研究引入了一种新型低共熔凝胶（Eutectogel），这是一种利用基于氯化胆碱/植酸衍生的低共熔溶剂（CP-DES）介导的纤维素-MXene聚丙烯酰胺合成的多功能材料，旨在满足止血需求。该低共熔凝胶结合了光
由创伤或手术引起的失控性出血是医疗护理中的关键挑战。本研究引入了一种新型低共熔凝胶（Eutectogel），这是一种利用基于氯化胆碱/植酸衍生的低共熔溶剂（CP-DES）介导的纤维素-MXene聚丙烯酰胺合成的多功能材料，旨在满足止血需求。该低共熔凝胶结合了光热（Photothermal）和热电（Thermoelectric）效应以加速出血控制，显著减少失血量和止血时间。与现有止血材料不同，研究人员的设计利用了光热加热和热电电流的协同效应，增强凝血并促进组织修复。创新之处在于整合低共熔溶剂（DES）以稳定MXene，优化其光热和热电性能，并实现快速凝胶化、自愈合（Self-healing）和抗冻（Anti-freezing）能力。体外（In vitro）和体内（In vivo）测试表明，与传统纱布相比，该材料在止血方面表现出优越性能，突显其在创伤护理和手术应用中的潜力。这种方法为开发先进、多功能生物医学材料用于止血及其他领域树立了新范式。
**论文解读：基于DES介导的纤维素-MXene低共熔凝胶的光热电协同止血研究**
**研究背景与问题**
失控性出血（Uncontrolled hemorrhage）是创伤和手术中的关键医疗挑战，对全球医疗系统造成沉重负担。传统止血材料（如纱布、凝胶、海绵、绷带）虽已广泛使用，但存在止血效率低、功能单一等问题。近年来，低共熔凝胶（Eutectogel）因结合了低共熔溶剂（DES）的优异生物相容性、导电性、抗冻性和自愈合能力，成为有潜力的止血材料。然而，如何设计创新的低共熔凝胶以充分发挥其止血潜力仍是一大难题。同时，主动止血技术（如光热（Photothermal）、热电（Thermoelectric））虽已分别被探索，但光热与热电的协同效应在止血中尚未被报道。为此，研究人员开展了本研究，旨在开发一种集成光热-热电转换的多功能低共熔凝胶，通过协同机制加速止血，并解决现有材料在机械强度、功能性之间的权衡问题。该研究具有开创性意义，论文发表在《Nano-Micro Letters》。
**主要关键技术创新方法**
本研究的关键技术方法包括：利用氯化胆碱/植酸基低共熔溶剂（CP-DES）作为绿色溶剂、动态氢键基质、抗氧化微环境和冷冻保护剂；通过CP-DES原位解离纤维素纤维，并与MXene纳米片插层，形成均匀分散的复合体系；随后在室温下自发聚合丙烯酰胺（AM）形成聚丙烯酰胺（PAM）网络，无需外部能量输入，实现快速凝胶化（70秒内）。通过分子模拟揭示氢键动力学过程，采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、变温FTIR、拉曼光谱及映射、低场核磁共振（LF-NMR）、X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）等系统表征结构与相互作用。生物相容性评估使用L929成纤维细胞（CCK-8和活死染色）及小鼠红细胞溶血实验。体内止血效能通过大鼠尾截肢和肝穿孔模型验证，并与商业纱布对照。样本来源：动物实验使用Sprague-Dawley大鼠，符合伦理标准。
**研究结果**
**3.1 Preparation of DCMP Eutectogel**：通过CP-DES介导，纤维素、MXene与丙烯酰胺原位聚合，在70秒内形成机械强韧、可拉伸的低共熔凝胶。CP-DES通过破坏纤维素氢键、解离纤维素为柔性链，并与PAM、MXene形成动态氢键网络，增强界面结合；同时DES作为插层剂促进MXene剥离，并构建抗氧化微环境，防止MXene氧化超过690天。
**3.2 Characterization of DCMP Eutectogel**：FTIR证实DES引发了纤维素酯化及MXene与聚合物网络的整合；拉曼映射显示DCMP中信号均匀分布，表明CP-DES促进了组分均匀性；XRD中MXene的(002)峰从7.10°移至5.62°，证明层间距增大（DES与纤维素插层）；SEM显示均匀大孔结构，EDS元素分布均匀；变温FTIR揭示氢键随温度升高逐渐减弱，体现动态可逆性；LF-NMR显示DCMP中主要为网络水，限制自由水与MXene接触，防止氧化；TGA/DTG表明DCMP热稳定性优于CMP，归因于DES的稳定作用；分子模拟显示氢键数在MXene引入后增加49.8%，增强界面结合。
**3.3 Multifunctional Properties of DCMP Eutectogel**：DCMP对金属、玻璃、PMMA、猪皮等具有强粘附力（金属上58.4 kPa），且可无残留剥离；切割后20秒内自愈合，愈合后仍可拉伸至6倍；溶胀率在30小时达约3.0，接触角69.18°；保水性强（60小时仅失重34%），在-50°C冷冻和60°C烘烤后仍保持柔韧；杨氏模量217 kPa，断裂伸长率757%，压缩70%应变时应力115 kPa，60次循环后抗疲劳性优异；内阻49.93 Ω，电导率2.99 mS cm
-1，自愈合后仍保持高导电性，可用于触屏识别、人体运动监测（喉结、手指、肘、膝）及手写识别。
**3.4 Photothermoelectric Conversion Performance of DCMP Eutectogel**：DCMP在400-2500 nm范围吸收率>90%，归因于MXene的局域表面等离子体共振（LSPR）。在0.1 W cm
-2模拟阳光下，7分钟内升至40.9°C，40分钟稳定于49.6°C，光热转换效率（PCE）达67.9%；在0.3 W cm
-2下9分钟达140°C，三次循环稳定；自然阳光下60分钟达61°C。热电性能：0.1 W cm
-2下DCMP电压达12.10 mV（CMP仅6.40 mV），电流37.3 μA，响应可逆；0.3 W cm
-2下电压约33.5 mV；6个DCMP串联输出电压0.135 V。
**3.5 Biocompatibility and In Vitro Hemostatic Performance of DCMP Eutectogel**：CCK-8显示L929细胞存活率>97%，活死染色显示大量活细胞；溶血率<5%，符合生物医学标准。体外凝血实验：DCMP/XL（0.3 W cm
-2光照）5分钟时血凝指数（BCI）仅8.62%，显著低于纱布和DCMP无光照组；SEM显示DCMP/XL上红细胞和血小板聚集最多，红细胞粘附率77.2%（纱布51.48%，DCMP 55.94%），表明光热电效应促进凝血。
**3.6 In Vivo Hemostatic Performance of DCMP Eutectogel**：大鼠尾截肢模型中，DCMP/XL实现止血时间104.7秒，失血量0.15 g，优于对照（控制177秒/0.56 g，纱布143.7秒/0.30 g，仅光照136.7秒/0.28 g，DCMP仅127.3秒/0.21 g）。肝穿孔模型中，DCMP/XL止血时间80.7秒，失血量0.21 g，同样优于所有对照组。光热电协同机制：光热效应产生局部热量，促进血小板和凝血因子聚集，形成热凝块；热电效应产生微弱电流，诱导局部血管收缩，共同加速止血。
**总结与讨论**
研究人员通过整合CP-DES、纤维素和MXene，成功制备了多功能DCMP低共熔凝胶，实现了光热-热电协同止血。该材料克服了传统止血材料在机械强度与功能性之间的权衡，展现出快速凝胶化、高导电性、自愈合、抗冻（-50°C）及优异光热电转换性能。在体内外止血模型中，光热电效应显著加速红细胞和血小板聚集，减少失血量和止血时间，性能优于商业纱布。该研究首次将光热电协同引入止血领域，为先进多功能生物医学材料的设计提供了新范式。未来需优化深部或不规则伤口的光递送与剂量，调控降解行为，并在大型动物及临床相关出血模型中验证其潜力。
**研究结论翻译**：本研究表明，将MXene整合到DES介导的纤维素-聚丙烯酰胺网络中，可得到一种多功能低共熔凝胶（DCMP），该凝胶结合了强粘附性、高效快速液体吸收与溶胀能力以及多模式光热电转换，用于快速止血。与传统纱布或被动止血敷料不同，DCMP利用光驱动局部加热和Seebeck效应产生的微电流主动加速血凝块形成，在大鼠尾截肢和肝穿孔模型中，与所有对照组相比，均显著减少了失血量和止血时间。光照下红细胞和血小板粘附增强进一步证实了光热和热电效应对凝血的协同贡献。在该策略中，CP-DES在协调机械完整性与功能性能方面发挥核心作用。通过原位解离纤维素和插层MXene，它产生了均匀、坚韧、可自愈合的网络，具有高导电性、优异的保水性和低至-50°C的抗冻能力，同时其抗氧化微环境有效抑制MXene氧化，并在重复循环甚至自然阳光照射下保持其LSPR介导的光热响应。这些结构和物理化学特征支撑了DCMP稳定的光热电输出和持续的止血功效。展望未来，优化深部或不规则伤口的光输送与剂量、定制降解行为以及在大型动物和临床相关出血模型中验证性能，对于实现该光热电低共熔凝胶平台在创伤护理和手术止血中的潜力至关重要。
